张佳欣
据5日发表在《自然》杂志上的一项研究,美国印第安纳大学和克雷格·文特尔研究所..的一个团队从支原体细菌中创造了一种..简单细胞,它只包含493个基因,是已知所有自由生命体中..小的基因组。这些细胞能够进化和生长,增殖变多,且能重新恢复在缩小基因组时失去的遗传适应性。这项研究将帮助人们更好地理解如何成功地设计合成细胞,甚至开启合成生命的时代。
生物体细胞中有一本生命之书——基因组。无论是拥有460万个碱基对的大肠杆菌,还是拥有430亿个碱基对(约是人类基因组长度的14倍)的澳大利亚肺鱼,遗传指令的数量决定了一个生物的特征和功能。
如果把一个很长的基因组精简到..基本形式,会发生什么?事实证明,即便没有完整的基因组,生命仍然会找到一种生存和繁衍的方式。
蕈状支原体是可引起传染性牛胸膜肺炎的一种细菌,这种细菌生存在奶牛和山羊等反刍动物的肠道。2016年,克雷格·文特尔研究所的科学家将蕈状支原体的基因组从901个基因削减到493个基因,创造了一种新的合成菌株JCVI-syn3B。
研究人员观察了这种“基因组简化细胞”在实验室环境中会有什么反应。一般的细胞能大量增殖,但只有精简基因组的人造细胞会增殖吗?会发生突变吗?如果会的话,这些突变是促进了还是阻碍了简化基因组细菌的生存能力?
蕈状支原体JCVI-syn3B基因组精简后剩下的每一个基因都是必不可少的,研究假设,这种菌株将无法突变,进化潜力受限。
但研究发现,即使只有..简单的基因组,在实验室中自由生长的300天里,蕈状支原体也表现出了极高的突变率。当将其与未经300天生长的细胞,以及基因组未被篡改的蕈状支原体,一起放在营养资源有限的试管中。对比起来看,使基因组简化细胞具有生存优势的正是这300天。研究人员发现,这个时期帮助细菌恢复了..初在剥离基因组时导致下降的50%的适应能力。这些细胞的进化速度甚至比未被篡改的同类细胞快39%。